Les cellules photovoltaiques
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I. L’effet photovoltaïque Dans un semi-conducteur exposé à la lumière, un photon d'énergie suffisante arrache un électron, créant au passage un « trou ». Normalement, l'électron trouve rapidement un trou pour se replacer, et l'énergie apportée par le photon est ainsi dissipée. Le principe d'une cellule photovoltaïque est de forcer les électrons et les trous à se diriger chacun vers une face opposée du matériau au lieu de se recombiner simplement en son sein : on va ainsi créer une différence de potentiel entre les 2 plaques. Pour cela, on s'arrange pour créer un champ électrique permanent au moyen d'une jonction PN, entre deux couche dopées positivement P et négativement N. L les électrons libres de la région N rentrent dans la couche P et vont se recombiner avec les trous de la région P. Il existera ainsi une charge positive de la région N au bord de la jonction (parce que les électrons en sont partis) et une charge négative dans la région P au bord de la jonction (parce que les trous en ont disparu) ; l'ensemble forme la Région de Charge d'Espace (RCE) et il existe un champ électrique entre les deux, de N vers P. Ce champ électrique fait de la RCE une diode, qui ne permet le passage du courant que dans un sens : les électrons peuvent passer de la région P vers la région N, mais pas en sens inverse ; inversement les trous ne passent que de N vers P : on crée de la sorte un courant !II. Choix du semi-conducteur De nombreux matériaux peuvent être utilisés pour fabriquer des cellules photovoltaïques mais tous n’ont pas le même rendement (rapport entre puissance éléctrique créée et puissance solaire reçue). En effet, ce rendement dépend principalement de la largeur du « gap ». Le silicium ne se place pas en tête des rendements, mais c’est lui qui a été choisi pour constituer les cellules car il existe également des contraintes industrielles : toxicité, cout de production… Le silicium constituant une grande partie de la croute terrestre, il est